多协议标记交换(MPLS)PPT课件.ppt

多协议标记交换 MPLS 南邮通信工程系叶玲 1 多协议标记交换 MPLS MPLS简介MPLS网络结构MPLS工作过程MPLS体系结构MPLS的流控和QoSMPLS的应用MPLS的软件结构 2 MPLS是什么 MPLS 多协议标签交换MPLS是采用集成模型 将第三层IP技术与第二层的硬件交换技术结合在一起 并且使用一个定长的标签作为分组在MPLS网络中传输时所需处理的唯一标志 MPLS并不是一种业务或者应用 而是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的标准化的路由与交换技术平台 兼具了IP的灵活性 可扩展性与ATM等硬件交换技术的高速性能 QOS性能 流量控制性能 3 2 MPLS的MP和LS MPLS的多协议即指其向上可支持IPv4 IPV6 IPX Appletalk 向下支持X 25 FR ATM PPP Eth SDH DWDM MPLS协议栈 2 5层技术MPLS的标签交换是指所交换的内容是标签 其实质是IP包在核心路由之间交换标签 而在边缘路由器和普通路由器之间交换IP包 4 MPLS的应用价值 MPLSMultiprotocolLabelSwitch多协议标签交换就是在这种背景下产生的一种技术它吸收了ATMVPI VCI交换一些思想无缝地集成了IP路由技术的灵活性和2层交换的简捷性 在面向无连接的IP网络中增加了MPLS这种面向连接的属性通过采用MPLS建立 虚连接 的方法为IP网增加了一些管理和运营的手段 随着网络技术的迅速发展MPLS应用也逐步转向MPLS流量工程和MPLSVPN等 在IP网中MPLS流量工程技术成为一种主要的管理网络流量减少拥塞一定程度上保证IP网络的QoS的重要工具 在解决企业互连提供各种新业务方面MPLSVPN也越来越被运营商看好成为在IP网络运营商提供增值业务的重要手段 5 MPLS概念图示 LSR LER LSR LER MPLS IPPacket IPPacketwithlabel 第三层路由 第三层路由 第二层交换 6 IPOA技术及其发展 IPOA是ATM和IP发展的必然IP的发展方向是使用硬件交换来提高服务质量 ATM的发展方向是提高其应用的灵活性 简化设备IPOA的发展历程 CIPOA RFC1577经典IPOA LANE 局域网仿真 MPOA ATM上的多协议传输 IPSwitching CSR 信元交换路由器技术 ARIS 集成IP交换技术 TagSwitching 标签交换技术 MPLS 多协议标签交换技术 IPOA技术的两种模型 重叠模型 基于ATM地址的ATM路由协议和信令协议对IP分组进行路由选择与转发 如CIPOA MPOA LANE等 集成模型 使用非ATM路由协议和信令协议对IP分组进行路由选择与转发 如IPSwitching TagSwitching MPLS等 7 MPLS所涉及的重要概念 边缘路由器 LER 和核心路由器 LSR 转发等价类 FEC 标记栈 LableStack 标记交换路径 LSP 上游LSR和下游LSR标记信息库 LIB 标记分发协议 LDP 标记分发对等实体 LDPpeers 标记合并 merge TLV TypeLengthValue 8 MPLS协议中的主要可选项 标记交换发起方式 数据驱动和控制驱动环路控制方式 环路减轻 环路防止标记映射分发方式 上游标记分发 下游标记分发标记分发控制方式 独立 有序标记分发协议类型 独立 附加LSP保持方式 软 硬状态 9 MPLS技术的宗旨 为了综合利用网络核心的交换技术和网络边缘IP技术各自的优点 MPLS的宗旨是要集成标签切换转发的高性能和网络层路由的灵活性和可扩展性 MPLS并不是一种业务或应用 而是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的标准化的路由与交换技术平台 MPLS将帮助运营商提供更好的IP服务 MPLS将会带来更多的带宽控制 吞吐量保证和虚拟专用网功能性 10 MPLS的优势 MPLS在网络中的分组转发是基于定长标签 20个bit 由此简化了转发机制 使得转发路由器容量很容易扩展到太比特级 充分采用原有的IP路由 在此基础上加以改进 保证了MPLS网络路由具有灵活性的特点 可以采用ATM的高效传输交换方式 抛弃复杂的ATM信令 无缝地将IP技术的优点融合到ATM的高效硬件转发中 MPLS网络的数据传输和路由计算分开 是一种面向连接的传输技术 能够提供有效的QoS保证 MPLS不但支持多种网络层技术 而且可以同时支持X 25 FR ATM PPP SDH DWDM等 保证了多种网络的互连互通 MPLS支持大规模层次化的网络拓扑结构 具有良好的网络扩展性 11 MPLS的优势 MPLS的标签合并机制支持不同数据流的合并传输 MPLS支持流量工程 CoS Qos和大规模的虚拟专用网 在MPLS网中可以直接使用显式路由 这使得流量工程的应用变得简单 MPLS能够以逐跳路由方式或显式路由的方式提供面向连接的业务 此使得MPLS适用于动态隧道技术 并保证数据传输的QoS需求 MPLS技术进一步促进了网络功能的划分 它将复杂的事物处理推到网络的边缘去完成 核心网只负责完成传送功能 此有利于在一个大的网络中维护IP协议的扩展性 MPLS的标准化进程十分迅速 这是它能迅速普及成功的关键 与ATM相比 MPLS标准能更快地被接受是因为它是以软件为主 运行在各种不同的网络上 而ATM网则需要极大的软 硬件投资 12 MPLS所存在的问题 由于MPLS要支持多协议 另外在MPLS标准的制定过程中 其控制协议也还面临着对LDP与RSVP两种方式的取舍问题 这些问题若解决不好 将带来复杂的互联互通问题 在出现合适的用户终端设备以前 真正的端到端的QoS支持尚难以实现 目前只能支持Diff serv的CoS业务 VC merge还有待进一步研究 解决其带来的信元交织问题将消耗更多的缓冲资源 这将不可避免地带来对现有ATM设备的硬件升级投资 当MPLS应用于ATM交换机时 由于ATM交换机VC VP数量的限制 目前只能支持两级标记栈 该问题正在研究中 13 MPLSRFCs 1 rfc3031 MPLSArchitecture rfc3034 UseofLabelSwitchingonFrameRelayNetworksSpecification rfc3035 MPLSusingLDPandATMVCSwitching rfc3063 MPLSLoopPreventionMechanism rfc3353 OverviewofIPMulticastinaMulti ProtocolLabelSwitching MPLS Environment 14 MPLSRFCs 2 rfc3429 Assignmentofthe OAMAlertLabel forMultiprotocolLabelSwitchingArchitecture MPLS OperationandMaintenance OAM Functions rfc3443 TimeToLive TTL ProcessinginMulti ProtocolLabelSwitching MPLS Networks 15 MPLS的标记封装 第二层封装 链路层技术 MPLS封装 第三层封装 ATM VCI VPI FR DLCI PPP Ethernet ShimLable IPPacket 16 MPLS的标签结构 标记 EXP S TTL 0 20 23 24 31 Shim Data IP头 MPLS头 二层头 17 MPLS的包 MPLS包头的位置界于二层和三层之间俗称2 5层 MPLS可以承载的报文通常是IP包 当然也可以改进直接承载以太包ATM的AAL5包甚至ATM信元等 这在MPLSVPN中有详述 可以承载MPLS的二层协议 也可以是PPP 以太网 ATM和帧中继等 18 MPLS的网络结构 组成MPLS网络的路由器逻辑上可分为边缘路由器LER和LSR核心路由器LER是MPLS网络同其他网络的边缘设备 它提供流量分类和标签的映射 作为Ingress 标签的移除功能 LSR是MPLS网络的核心交换机 它提供标签交换 LabelSwapping 标签分发功能 19 MPLS的概述 MPLS可以看做是一种面向连接的技术 通过MPLS信令或手工配置的方法建立好MPLS标记交换连接 LabelSwitchedPath 简称LSP以后 在标记交换路径的入口把需要通过这个标记交换路径的报文打上MPLS标签 中间路由器在收到MPLS报文以后直接根据MPLS报头的标签进行转发 而不用再通过IP报文头的IP地址查找 在MPLS标记交换路径的出口或倒数第二跳弹出MPLS包头还回原来的IP包 在VPN的时候可能是以太网报文或ATM报文等 20 MPLS网络结构 21 MPLS的功能结构 22 MPLS操作 23 几种标记分发协议 标准的标记分发协议 LDP IETF LDPdraft ietf mpls ldp 11 txt 02 2001 RSVP信令协议的扩展 IETF draft ietf mpls rsvp lsp tunnel 02 txt 03 1999 基于约束参数的LDP协议 IETF CR LDPdraft ietf mpls cr ldp 03 txt 03 1999 24 标记分发协议 LDP 的功能 MPLS的信令与控制协议发布映射传递路由信息建立与维护标记交换路径 25 LDP的基本规程 发现阶段会话建立与维护标记交换路径建立与维护会话的撤消 26 LDP的发现机制 基本发现机制 用于发现通过链路层直接相连的LSR 扩展发现机制 用于发现不通过链路层直接相连的LSR 此两种不同发现机制的区别 27 扩展RSVP对RSVP的改进 在基本RSVP规范的基础上增加许多功能 以支持显式路由的建立和管理 使RSVP的信令过程发生在流量中继的输入和输出点之间 而非主机之间 扩展的RSVP实现一组新的状态集 可应用于一组共享同路径与网络资源的业务流 相对RSVP为每一业务流建立一套状态的方式 节省了网络核心路由器的RSVP信息量 有利于网络的可扩展性 RSVP的转发状态是分布式的 与MPLS标记的分发方式是相同的 扩展RSVP作为一种软状态技术 在其扩展方案中采用了一些扩展技术 提高了可扩展性 时延性能 减低开销 减少信息量 扩展RSVP建立的路由可在一对LSR之间实现多个或多组业务流的资源预留 而非象传统的RSVP 是针对所有的业务流的资源预留扩展RSVP建立的路由将不是面向目的地的路由 而是基于各种约束条件的显式路由 28 CR LDP的简介 CR LDP采用的是显式路由来支持QoS 在建立过程中明确地指定LSP所经过的全部或部分节点 为不同的LSP制定不同的优先级 路由的选择将受到各种业务要求的限制 而非BestEffort式的路由 可以通过TLV与消息的扩展来实现一些性能 29 CR LDP可以实现的性能 严格路由与松散路由业务量QoS参数支持能力路由锁定 Pinning 能力通过建立与保持优先级机制 提供CR LSP的替代能力差错处理能力标记交换路径标记 LSP ID 资源分级 30 CR LDP与扩展RSVP的比较 RSVP只能使用属于下游按需方式的标记分配 分发与映射机制 功能多样性不如CR LDP 但其成熟完善 对于实现组播有利 扩展RSVP消息用IP传输 不具备可靠性和流控 LSP的刷新需30秒 清除需90秒 此30 90秒的时延对骨干网是不可忍受的 如果两种信令机制并存 则违反了集成模型的初衷 且使网络控制复杂 规划难度加大 运营成本增加 与扩展RSVP不同 CR LDP独立于传输层协议 在信令消息传输机制的选择上 也有很大的灵活性 如可使用TCP 也可使用UDP CR LDP是由源端发起的协议 在和ATM技术的结合上 同属连接性技术的CR LDP具有更大的优势 31 MPLS的两种路由机制 逐跳路由实现简单 已经有OSPF IS IS等路由协议可供使用可以利用现有设备中的路由功能没有流量工程能力是MPLS基本的路由机制 用于尽力而为的业务 显式 Explicit 路由由LSP的入节点或出节点决定 不受动态路由算法的影响可以实现许多灵活的功能 在路由的计算中将可以引入各种约束条件路由只由少数节点完成 运营商可以方便地指定统一的路由策略和进行整体的业务量规划 32 有关MPLS的两种路由机制的说明 MPLS网络中的路由首先由第三层路由协议决定 这一路由随后被映射到第二层路径上MPLS虽然使用了逐跳路由方式 但是对于IP包的处理并不是逐跳进行的 MPLS只是在建立标记交换路径和标记转发表的过程中使用的是逐跳方式 显式路由方式只是在建立LSP的过程上与逐跳路由方式有所不同 当LSP建立成功之后 在对分组的转发操作上 二者没有任何不同 在标记转发表中 也无法区分 33 MPLS的路由循环控制 循环检测机制循环防止机制 34 MPLS的隧道与层次化路由 逐跳路由隧道显式路由隧道LSP隧道分层 LSP中的LSP隧道标记分配对等实体与层次明确对等实体默认对等实体 35 MPLS的标记合并 基于CR LDP的ATM的标记合并基于扩展RSVP的标记合并 36 倒数第二跳弹出 倒数第二跳弹出的意义使用倒数第二跳弹出的情况 37 LSP控制方式 独立LSP控制有序LSP控制采用有序LSP控制的两种情况 1 要保持特定FEC中的业务流在具有某些特性的路径传送2 建立LSP后识别相应的FEC 38 聚合 MPLS聚合的意义聚合的三种方式 聚合成一个FEC聚合成FEC类不进行聚合 39 MPLS的可选项 在研究报告中简单讨论 40 传输的可靠性 使用UDP还是TCP问题 41 存在QoS的原因和解决方法 存在QoS的原因 用户数量的增加造成网络资源不足 从而导致服务质量的下降现有的网络性能无法满足各种新型实时业务的各种具体服务质量要求解决方法 流量工程 TrafficEngineering QoS的直接实现 42 MPLS的QoS机制 Diff serv将成为未来广域网中居统治地位的QoS技术 在局域网中应用可以根据需求选择所要使用的QoS技术 可以是Int serv或Diff serv 也可以是现有的网络所提供的QoS能力 MPLS与Int serv的结合问题MPLS与Diff serv的结合 43 MPLS与Int serv的结合问题 MPLS应用于边缘网络时 有可能需要对Int serv模型进行支持 MPLS可以使用扩展RSVP作为其控制协议 由于Int serv模型的信令协议就是RSVP 所以用扩展RSVP可以直接实现各种Int serv所规定的业务 MPLS若要通过CR LDP来实现 则就存在CR LDP与Int serv网络中RSVP的互通问题 44 MPLS与Diff serv的结合 MPLS与Diff